DE2947659A1 - VENTILATION SYSTEM - Google Patents
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Description
Drägerwerk Aktiengesellschaft Moisllnger Allee 53-55, 2400 LübeckDrägerwerk Aktiengesellschaft Moisllnger Allee 53-55, 2400 Lübeck
Die Erfindung bezieht sich auf ein Beatmungssystem mit einer von Patientenwerten über ein Steuergerät steuerbaren Atemgasquelle in Verbindung mit einem Tracheal tubus bzw. einem Insufflationskatheter, welcher wenigstens eine Jet-Düse aufweist, wobei die Atemgasquelle bei HFJV-Betrieb Gashochdruckimpulse mit einer Impulsfolgefrequenz größer 600/min erzeugt.The invention relates to a ventilation system with one of patient values controllable via a control device Respiratory gas source in connection with a tracheal tube or an insufflation catheter, which at least one Has jet nozzle, the breathing gas source in HFJV operation Generated high pressure gas pulses with a pulse repetition rate greater than 600 / min.
Zur Beatmung bzw. Atemunterstützung sind Beatmungssysteme bekannt, mit denen eine hochfrequente Beatmung HFPPV (High-Frequency Positive-Pressure Ventilation) durchgeführt werden kann. Mit solchen Systemen lassen sich Atemimpulsfolgefrequenzen bis zu 600/min bei Taktverhältnissen von Inspirationszeit zur Expirationszeit zwischen 3 : 1 und 1 : 5 erzielen.For ventilation or respiratory support, ventilation systems are known with which HFPPV high-frequency ventilation (High-Frequency Positive-Pressure Ventilation) can be performed. With such systems you can Breathing pulse train rates up to 600 / min with pulse ratios of inspiration time to expiration time achieve between 3: 1 and 1: 5.
In der deutschen Patentanmeldung P 28 47 681.5-35 ist in Verbindung mit einem Tracheal tubus ein Beatmungssystem vorgeschlagen worden, welches für Frequenzen oberhalb 600/min benutzt werden soll. Am proximalen Ende des Tracheal tubus befindet sich dabei wenigstens eine Jet-Düse, und eine zur Überwachung der Atemgaszusammensetzung dienende Prüfleitung mündet im Bereich des Tubusendes.In the German patent application P 28 47 681.5-35 a ventilation system has been proposed in connection with a tracheal tube, which for frequencies above 600 / min should be used. At the proximal end of the tracheal tube there is at least one jet nozzle, and a test line serving to monitor the breathing gas composition opens in the area of the end of the tube.
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Auf diese Weise ist eine Steuerung der Jet-Atemgasquelle hinsichtlich der Impulsfolaefrequenz möglich.In this way there is a control of the jet breathing gas source possible with regard to the pulse frequency.
Eine ähnliche Steuerung ist für ein Beatmungssystem zur hochfrequenten perkutanen bzw. transtrachealen Jet-Beatmung HFJV (High-Frequence Jet-Ventilation) in der Veröffentlichung M. Klain, R. Brian Smith: Critical Care Medicine Vol.5 Nr. 6, 1977, 280-287, beschrieben. Bei dem dort angegebenen Beatmungssystem wird ein in die Trachea eingesetzter Insufflationskatheter von einer Jet-Atemgasquelle mit Atemgasimpulsen gespeist. Die Impulsfolgefrequenz kann dabei nach den physiologischen Meßwerten, insbesondere nach der Förderleistung des Herzens und der Zusammensetzung der Blutgase jeweils um 20/min bis 200/min gesteigert werden. Während dabei das Minutenvolumen unverändert bleibt, vermindert sich das Atemzugvolumen direkt proportional zur Steigerung der Impulsfolgefrequenz.A similar control is for a ventilation system for high-frequency percutaneous or transtracheal Jet ventilation HFJV (High-Frequency Jet Ventilation) in the publication M. Klain, R. Brian Smith: Critical Care Medicine Vol.5 No. 6, 1977, 280-287. With the ventilation system specified there is an insufflation catheter inserted into the trachea fed by a jet breathing gas source with breathing gas pulses. The pulse repetition frequency can according to the physiological measured values, in particular according to the capacity of the heart and the composition the blood gases can be increased by 20 / min to 200 / min. While the minute volume remains unchanged remains, the tidal volume decreases in direct proportion to the increase in the pulse repetition rate.
Weitere Untersuchungen haben gezeigt, daß die Steuerung der Impulsfolgefrequenz bei Atemgasimpulsen nicht in allen Fällen eine optimale Steuerung des Beatmungssystems darstellt. Die fortgesetzte Impulsreihe und die Änderung in deren Impulsfolgefrequenz, die bei schwankenden Meßergebnissen der Gasanalyse ebenfalls stark schwankt, wirkt einer erwünschten Stabilisierung des Gesamtsystems entgegen,und außerdem erscheint das Beatmung;; verf ahren an den physiologischen Atemzyklus ungenügend anpaßbar.Further studies have shown that the control of the pulse repetition rate for breathing gas pulses is not in represents an optimal control of the ventilation system in all cases. The continued series of pulses and the change in their pulse repetition frequency that occurs at fluctuating measurement results of the gas analysis as well fluctuates strongly, counteracts a desired stabilization of the overall system, and also appears the ventilation ;; Proceed inadequately adaptable to the physiological respiratory cycle.
Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, ein Beatmungssystem zur hochfrequenten Beatmung bzw. Unterstützung der Beatmung nach dem Jet-Prinzip dadurchThe invention is based on the task at hand Ventilation system for high-frequency ventilation or support ventilation according to the jet principle
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vorteilhaft weiterzubilden, daß eine physiologisch optimal anpaßbare und technisch relativ einfach aufgebaute Steuerung der Atemgasquelle verwirklicht wird.advantageous to develop that a physiologically optimally adaptable and technically relatively simple built control of the breathing gas source is realized.
Die Lösung dieser Aufgabenstellung besteht darin, daß das Steuergerät zur Steuerung der Impulsfolge von Atemgasimpulsen der Atemgasquelle in Impulsreihen und in Pausen zwischen diesen Atemimpulsreihen ausgebildet ist, welche nach Patientenwerten steuerbar sind. In der Einatemphase wird somit ein eine entsprechende Atemimpulsreihe enthaltendes Impulspaket zugeführt, und die Atemimpulsreihen sowie die Pausen lassen sich an der Atemgasquelle leicht derart steuern, daß die nach dem physiologischen bzw. pathologischen Lungenzustand vorliegenden optimalen Beatmungsprofile erreicht werden.The solution to this problem is that the control unit to control the pulse train of breathing gas pulses from the breathing gas source in pulse series and in pauses between these breathing pulse series is designed, which can be controlled according to patient values. In the inhalation phase there is thus a corresponding pulse series containing pulse packet supplied, and the breathing pulse series as well the pauses can easily be controlled at the respiratory gas source in such a way that those after the physiological or pathological lung condition present optimal ventilation profiles can be achieved.
Die Atemgasimpulse können zweckmäßig wenigstens reihenweise aber auch innerhalb einer Atemimpulsreihe unterschiedliche Zusammensetzung aufweisen. Der Begriff der unterschiedlichen Zusammensetzung bezieht sich dabei sowohl auf eine Veränderung hinsichtlich des Anteils einzelner Komponenten, beispielsweise der Sauerstoffkonzentration als auch auf die Einführung neuer Komponenten, wie z.B. Kohlendioxid oder Helium.The breathing gas pulses can expediently at least in rows, but also within a breathing pulse series have different composition. The term of different composition relates both on a change in terms of the proportion of individual components, for example the oxygen concentration as well as the introduction of new components such as carbon dioxide or helium.
Zur zusätzlichen Durchführung von IPPV-Beatmung kann ein Verschlußelement des Atemweges vorgesehen sein, beispielsweise ein steuerbares Ausatemventil.For the additional implementation of IPPV ventilation a closure element of the airway can be provided, for example a controllable exhalation valve.
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Die Steuerung der Atemgasimpulse kann vorteilhaft die Größe der Druckimpulsamplituden oder eine durch Frequenzmodulation variable Impulsfolge innerhalb der Atemimpulsreihen betreffen. Weitere günstige Steuerungsmöglichkeiten betreffen die unterschiedliche Reihenlange und/oder Pausenlänge, wodurch sich eine in weiten Grenzen anpassungsfähige Einstellungsmöglichkeit ergibt. The control of the respiratory gas pulses can advantageously vary the size of the pressure pulse amplitudes or by a Frequency modulation affect variable pulse train within the breathing pulse series. More cheap Control options affect the different Row length and / or pause length, which results in a setting option that is adaptable within wide limits.
Die Pausenlänge zwischen den Atemimpulsreihen kann zweckmäßig als Meßabschnitt einer bekannten Gasanalyse bemessen werden. Dabei erscheint es zweckmäßig, die Länge der als Meßabschnitte benutzbaren Pausen wenigstens das Zehnfache der Länge der gleichförmigen Impulsabstände in den Atemimpulsreihen bzw. wenigstens ein Fünftel der Länge einer Atemimpulsreihe zu wählen.The length of the pause between the respiratory pulse series can expediently be used as a measuring section of a known gas analysis be measured. It appears expedient to use the length of the sections that can be used as measuring sections Pauses at least ten times the length of the uniform pulse intervals in the respiratory pulse series or to choose at least one fifth of the length of a series of breath pulses.
Ein weiterer Vorteil kann ggf. durch eine solche Ausbildung des Steuergerätes erreicht werden, bei der HFJV und IPPV in voneinander abhängigen nacheinander" folgenden Phasen steuerbar sind. Ein solcher Wechsel der Beatmungsart bietet eine weitere Anpassungsmöglichkeit an pathologische Zustandsbilder.Another advantage can be achieved by designing the control device in such a way that HFJV and IPPV can be controlled in mutually dependent, successive phases. Such a change in the type of ventilation offers a further possibility of adapting to pathological conditions.
Das Steuergerät kann dabei zweckmäßig so ausgebildet sein, daß in den Pausen zwischen den Atemimpulsreihen von HFJV die Atemgasquelle für IPPV gesteuert wird.The control device can expediently be designed so that in the pauses between the respiratory pulse series HFJV controls the breathing gas source for IPPV.
Bei der an sich bekannten Beatmung mit zwei den beiden Lungenhälften getrennt zugeordneten Jet-Düsen kann es im vorliegenden Zusammenhang vorteilhaft sein,In the case of ventilation, known per se, with two of the two Lung halves can be assigned separately to jet nozzles it may be advantageous in the present context,
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das Steuergerät so auszubilden, daß die Impulsfolgen der Atemgasimpulse sowie die Pausen bei HFJV und/oder der Überdruck bei IPPV für jede Lungenhälfte getrennt einstellbar sind. Die getrennte Einstellbarkeit bei HFJV läßt sich vorteilhaft durch eine ganzzahlige Frequenzteilung der Impulsfolgefrequenz in den Atemimpulsreihen erzielen.to train the control unit in such a way that the pulse trains of the breathing gas pulses as well as the pauses in HFJV and / or the overpressure in IPPV can be set separately for each half of the lung. The separate adjustability at HFJV can advantageously be achieved by an integral frequency division of the pulse repetition frequency in the respiratory pulse series achieve.
Eine weitere zweckmäßige Ausbildung des Beatmungssystems kann in Verbindung mit dem Steuergerät der Atemgasquelle eine Synchronisiervorrichtung vorsehen, welche die Atemimpulsreihen und Pausen bei HFJV und/oder die Überdruckwerte bei IPPV mit dem Atemzyklus der Spontanatmung synchronisiert. Schließlich läßt sich eine solche apparative Anordnung zweckmäßig anwenden, bei der eine in Verbindung mit dem Tracheal tubus bzw. dem Insufflationskatheter vorgesehene Meßleitung, welche Atemgasproben in eine Gasanalysenvorrichtung überträgt, vorgesehen ist, wobei diese Gasanalysenvorrichtung in einem Rückkopplungskreis mit dem Steuergerät verbunden ist.A further expedient design of the ventilation system can be used in conjunction with the control unit of the Provide a synchronizing device for breathing gas source, which the breathing pulse series and pauses in HFJV and / or the overpressure values in IPPV are synchronized with the breathing cycle of spontaneous breathing. In the end such an apparatus arrangement can be expediently used in which one in conjunction with the tracheal tube or the insufflation catheter Measuring line, which transmits respiratory gas samples in a gas analysis device, is provided, wherein this gas analysis device is connected to the control unit in a feedback loop.
Durch die Anwendung der Merkmale der Erfindung ergibt sich ein Beatmunqssystem mit einer steuerbaren Atemgasquelle, wobei das Steuergerät eine solche Steuerung der Atemgasquelle durchführt, daß die Atemgaszufuhr den gegebenen Strömungsverhältnissen innerhalb der Lungen (Dehnbarkeit und Strömungswiderstand) optimal angepaßt werden kann. Die hochfrequente Jet-Beatmung läßt sich dabei ggf. so verwirklichen, daß der Gasaustausch im wesentlichen durch reine Diffusion, d.h. unter Ruhigstellung der Lungen ohne Displacement erfolgt.The use of the features of the invention results in a ventilation system with a controllable one Breathing gas source, the control device controlling the breathing gas source in such a way that the breathing gas supply the given flow conditions within the lungs (elasticity and flow resistance) can be optimally adapted. The high-frequency jet ventilation can be realized in this way, if necessary, that the gas exchange is essentially by pure diffusion, i.e. with immobilization of the lungs without Displacement takes place.
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In der Zeichnung ist ein AusfUhrungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung schematisch dargestellt; es zeigen:In the drawing is an exemplary embodiment of the object the invention shown schematically; show it:
Fig. 1 ein Impulsdiagramm für das Beatmungssystem, 1 shows a pulse diagram for the ventilation system,
Fig. 2 ein Impulsdiagramm entsprechendFig. 2 shows a timing diagram accordingly
Fig. 1 mit amplituden- bzw. frequenzmodulierten Atemimpulsreihen (AM, FM),Fig. 1 with amplitude or frequency modulated respiratory pulse series (AM, FM),
Fig. 3 ein Blockschaltbild des Beatmungssystems.3 shows a block diagram of the ventilation system.
In Fig. 1 ist eine Impulsreihe I. mit zehn Atemimpulsen dargestellt, wobei die Impulsbreite etwa die Hälfte der Pausendauer beträgt. Die Impulsfolgefrequenz liegt bei 8O0/min. An die Impulsreihe I. schließt sich eine als Meßabschnitt I ausgenutzte Pause an, in der beispielsweise über eine im Bereich des Tracheal tubus bzw. des Insuf, flationskatheters vorgesehene Meßleitung eine Atemgasprobe entnommen wird.In Fig. 1, a pulse series I. is shown with ten breathing pulses, the pulse width about half of Pause duration is. The pulse repetition frequency is 800 / min. The pulse series I. is followed by a pause used as a measuring section I, in which, for example via one in the area of the tracheal tube or the insuf, Flationskatheters provided measuring line a breath gas sample is removed.
Dem Meßabschnitt I folgt eine weitere Atemimpulsreihe I., die bei gleichbleibendem Meßergebnis der vorangehenden Atemimpulsreihe entspricht. Wird eine forcierte Beatmung gewünscht, so kann beispielsweise die Pausendäuer im Meßabschnitt I verringert werden.The measuring section I is followed by a further series of breathing pulses I. The same as the previous one if the measurement result remains the same Respiratory pulse series corresponds. Becomes a forced Ventilation is desired, for example the pause duration in the measurement section I can be reduced.
In der Darstellung der Fig. 2 ist die Impulsreihe I. entsprechend Fig. 1 mit zehn Atemimpulsen dargestellt. Nach dem Meßabschnitt I folgt eine weitere Impulsreihe mit verringerter Amplitude bzw. eine Atemimpulsreihe mit größerem Abstand der einzelnen Atemgasimpulse.In the illustration of FIG. 2, the pulse series I. corresponding to FIG. 1 is shown with ten breathing pulses. After the measurement section I, there follows a further series of pulses with a reduced amplitude or a series of breathing pulses greater distance between the individual breathing gas pulses.
In dem in Fig. 3 angegebenen teilweise apparativ ergänzten Blockschaltbild ist der Endabschnitt eines In the partially apparatus-related block diagram indicated in FIG. 3, the end section is a
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Trachealtubus 1 mit Abdichtmanschette 2 dargestellt, in dem sich eine Jet-Düse 3 und eine Meßleitung 4 zur Aufnahme von Gasproben befinden.Tracheal tube 1 shown with sealing cuff 2, in which there is a jet nozzle 3 and a measuring line 4 for receiving gas samples.
Am freien Ende des Trachealtubus 1 ist zur Durchführung von Überdruckbeatmung ein federbelastetes Ausatemventil 5 vorgesehen.At the free end of the tracheal tube 1 is for implementation a spring-loaded exhalation valve 5 is provided for positive pressure ventilation.
Eine Atemgasquelle 6 ist in an sich bekannter Weise mit einem zentralen Gasversorgungsanschluß versehen. Zur Steuerung der Atemgasquelle 6 sind zwei Steuergeräte 7,8 vorhanden, wobei das Steuergerät 7 die entsprechenden Impulse hinsichtlich der Jet-Beatmung, nämlich Frequenz, Inspirations/Exspirationsverhältnis, sowie die Änderung der Atemimpulsreihen und Pausen nach dem Ergebnis der Atemgasanalyse liefert. Das Steuergerät 8 beeinflußt die Druckwerte, bei denen das Ausatemventil 5 bei IPPV öffnet und die entsprechende Frequenz, sowie das Inspirations/Exspirationsverhältnis in dieser Betriebsart. A breathing gas source 6 is provided in a manner known per se with a central gas supply connection. To the The breathing gas source 6 is controlled by two control devices 7, 8 present, the control device 7 the corresponding pulses with regard to jet ventilation, namely frequency, Inspiration / expiration ratio, as well as the change which provides respiratory pulse series and pauses according to the result of the respiratory gas analysis. The control unit 8 influences the pressure values at which the exhalation valve 5 opens at IPPV and the corresponding frequency, as well as the Inspiratory / expiratory ratio in this operating mode.
Ein Respirator 9 steht einerseits mit dem Trachealtubus 1 und andererseits mit einer Synchronisiervorrichtung 10 in Verbindung, welche IeI Jet-I3eatmung sowie bei Überdruckbeatmung eine Synchronisierung der Atemimpulsreihen und Pausen mit dem Atemzyklus der Spontanatmung dadurch ausführt, daß die Steuergeräte 7,8 entsprechend den über den Respirator ermittelten Druckschwankunqen gesteuert werden.A respirator 9 stands on the one hand with the tracheal tube 1 and on the other hand with a synchronizing device 10 in connection, which IeI Jet-I3ausmung as well as a synchronization of the overpressure ventilation Breathing pulse series and pauses with the breathing cycle of spontaneous breathing executes in that the control devices 7.8 can be controlled in accordance with the pressure fluctuations determined via the respirator.
Zur Klarstellung der Zusammenhänge soll darauf hingewiesen werden, daß der 3egriff "Atemgasimpuls11 in der vorliegenden Beschreibung die kleinste, durch die Atem-To clarify the context, it should be pointed out that the term "breathing gas pulse 11 in the present description is the smallest, caused by the breathing
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gasquelle zu verabreichende Gasmenge betrifft. Eine bestimmte Anzahl von Atemgasimpulsen bildet die "Atemimpulsreihe", d.h. ein Impulspaket, welches während des Einatmungszyklus zugeführt wird. In dem einzelnen Impulspaket bestimmen die Atemgasimpulse nach Größe und Zusammensetzung sowie deren Impulsfolge das "mikroskopische" Geschehen des Atemzyklus, während die Atemimpulsreihen (Impulspakete) mit den Pausen das "makroskopische" Geschehen der Beatmung darstellen und die "Atemfrequenz" definieren.gas source relates to the amount of gas to be administered. A certain number of breathing gas impulses forms the "Breath pulse train", i.e. a burst of pulses delivered during the inhalation cycle. By doing individual pulse packages determine the breathing gas pulses according to size and composition as well as their pulse sequence the "microscopic" occurrence of the breathing cycle, while the respiratory impulse series (impulse packages) with the pauses the "macroscopic" events of the ventilation and define the "breathing rate".
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